美国国防预研局（DARPA）于2022年12月授予极光飞行科学公司为期一年的“采用新型操纵装置的革命性飞机控制”（CRANE）项目第2阶段合同，开展详细工程设计，为开发全尺寸平台奠定基础。

“CRANE”项目旨在设计一型试验平台，将主动流动控制技术集成至飞控系统中，提升TRL并计划进行一系列试飞活动。本次授予的合同中还包括可选择执行的第3阶段制造和试飞合同，价值约4220万美元，预计2025年首飞。

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主动流动控制技术发展概况

“流动控制”是在传统的飞机副翼、襟翼等操纵面位置释放经过调节的压缩空气,利用喷射气流在机翼后部制造一个“空气叶片”以改变流经机翼表面的空气流动方向,使其上下表面产生压力差,从而产生相应的控制力矩,起到与传统副翼等操纵面相同的控制作用。“主动流动控制”的作用原理和效果则与目前的机械结构推力矢量喷管类似,但无需喷管整体或部分偏转，也无需加装可调节折流板,而是借助引入两股以上喷射气流去影响发动机喷管主气流的状态,使其改变方向，进而产生推力分量来增强甚至替代传统飞机操纵面的部分功能,对飞机的飞行进行实时控制。

DARPA于1998年启动“微型自适应流动控制”项目，探索主动流动控制技术发展与系统集成。2003年， NASA在贝尔公司XV-15倾转旋翼机上首次使用该技术，通过52个执行器喷射压缩空气，连通机翼上方的气流消除旋翼气流下洗产生的尾流效应，以最大限度地降低悬停时倾转旋翼机的负载。后续悬停试验表明，使用主动流动控制技术减少了9%的负载，相当于68kg的载荷；同时使用主动和被动流动控制技术可减少14%的负载。但是该项技术并未在V-22等其他倾转旋翼机上使用。此后，“微型自适应流动控制”项目还探索使用主动流动控制技术控制飞行中旋转的弹药，以及使用自适应流动控制技术减小内埋弹舱的声学负载和冲击作用，实现超声速环境下投放“杰达姆”炸弹。

XV-15倾转旋翼机。

2013年，北约科学技术组织评估了主动流动控制技术在无人机中的运用情况，认为其控制飞翼构型的无人作战飞机是“可行且合理的”，还可提升其隐身性能；2019年，该组织分别使用洛马和波音公司设计的缩比模型进行了飞行测试。

项目整体进展

“采用新型操纵装置的革命性飞机控制”项目的第0阶段，即概念设计阶段，于2020年7月启动。DARPA分别授予极光飞行科学公司（波音公司子公司）、洛马公司以及佐治亚理工研究公司为期1年的合同，开发主动流动控制技术设计软件和数据库并予以完善，为后续研制演示验证机奠定基础。前两家公司对多种飞机概念进行了分析，包括高速突防、高空情监侦等平台以及短距/垂直起降飞机等。BAE系统公司也获得了第0阶段合同，将其在“岩浆”（Magma）演示验证机和其他项目中运用主动流动控制技术的经验应用于一系列高速平台中。

BAE公司“岩浆”无人机原型机。

2021年8月，极光飞行科学公司和洛马公司进入该项目第1阶段，继续完善概念设计；佐治亚理工研究公司获得第0阶段延长合同，进一步优化设计工具以应用于后续实际生产。

X飞机构型

极光飞行科学公司在第1阶段聚焦共面联合机翼概念设计，其后掠式前翼和前掠式后翼相连，并向外侧继续延伸，以便于测试多种类型的主动流动控制执行器。

新型试验平台使用主动流动控制技术，其原理为使用机翼上的多组喷管喷射压缩气体，按需将动量添加至边界层以延迟流体分离并产生力和力矩以替代传统的机械控制表面，以减轻机身重量、提升飞控效率并增强隐身性能。

极光飞行科学公司使用主动流动控制技术的X飞机(风洞实验图）。

X飞机翼展9m，总重3.2t，飞行速度达Ma0.7。该机在机翼及双垂尾共计分布14组具有不用掠角的主动流动控制执行器作为主要控制手段，出于安全考虑也保留了机械控制面作为备份。鼻锥中的辅助动力系统将提供压缩空气，经过执行器的拉伐尔喷管可达到超声速的瞬时速度。该阶段极光飞行科学公司和DARPA选择了技术更加成熟的稳定射流模式，计划首先研究其对机翼空气动力学影响的有效性和敏感性，并逐步拓展至机体其他位置。“采用新型操纵装置的革命性飞机控制”项目结束后，极光飞行科学公司将继续研究不稳定射流模式，该技术可在减小流量的同时提供更高效的控制。

极光飞行科学公司X飞机（概念图）。

关键词： 控制技术